(57)【要約】【課題】シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造及びその方法の提供。【解決手段】本シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造及びその方法は、半導体産業において半導体装置製造に用いられる。本発明によると、ＵＨＶＣＶＤシステムを使用してGeフィルムをSi基板上に成長させ、その後、高電子移動度トランジスタを該Geフィルム上に成長させることで、バッファ層の厚さとコストを低減する。該Geフィルムの機能は、Si基板上にＭＯＣＶＤによりIII-Ｖ  ＭＨＥＭＴ構造を成長させるときに、シリコン酸化物の形成を防止することである。本発明においてＭＨＥＭＴを使用する理由は、ＭＨＥＭＴ構造中の変成バッファ層がGeとSi基板間の非常に大きな格子不整合度のために形成される貫通転位をブロックし得ることにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造を開示し、該構造は、
シリコンを材料とする基板と、
該基板上に、ゲルマニウムを材料として、厚さ1800Å〜2200Åに成長させられたエピタキシャル層と、
該エピタキシャル層の上に成長させられた変成高電子移動度トランジスタ構造であるトランジスタ構造と、
を包含したことを特徴とする、シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造。
【請求項２】
該エピタキシャル層の厚さは2000Åであることを特徴とする、請求項１記載のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造。
【請求項３】
該トランジスタ構造はさらに、
III-Ｖ族化合物を材料とするバッファ層と、
該バッファ層の上に、III-Ｖ族化合物を材料として形成されたチャネル層と、
該チャネル層の上に、III-Ｖ族化合物を材料として形成されたスペーサ層と、
該スペーサ層の上に、高濃度n型材料で形成されたδ-ドープ層と、
該δ-ドープ層の上に、III-Ｖ族化合物を材料として形成されたショットキー層と、
該ショットキー層の上に、n+ドープのIII-Ｖ族化合物を材料として形成された被覆層と、
を包含することを特徴とする、請求項２記載のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造。
【請求項４】
該バッファ層の材料はインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)とされ、該チャネル層の材料はインジウムガリウムヒ素(InGaAs)とされ、該スペーサ層の材料はインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)とされ、該ショットキー層の材料はインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)とされ、該被覆層の材料はn+-インジウムアルミニウムヒ素(n+-InAlAs)とされたことを特徴とする、請求項３記載のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造。
【請求項５】
シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法において、
シリコン(Si)を材料とする基板を提供するステップと、
超高真空化学的気相堆積技術を利用して、該基板上に、ゲルマニウム(Ge)を材料とする厚さ1800Å〜2200Åのエピタキシャル層を形成するステップと、
有機金属化学気相堆積技術を使用し、トランジスタ構造を、該エピタキシャル層の上に成長させ、そのうち、該トランジスタ構造は、変成高電子移動度トランジスタ構造とするステップと、
を包含することを特徴とする、シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法。
【請求項６】
該エピタキシャル層の厚さは2000Åとすることを特徴とする、請求項５記載のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造及びその方法に係り、特に、半導体産業において半導体装置の製造に用いられ、ＵＨＶＣＶＤ(Ultra high Vacuum Chemical Vapor Deposition)を利用して、Si基板上にGeエピタキシャル層を成長させ、その上に、変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)構造を成長させ、素子の厚さを減らし、製造コストを減らす作用効果を達成する構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高周波マイクロウェーブエピタキシャルチップの使用範囲が広がっており、たとえば携帯電話通信、ＧＰＳシステム、無線ネットワーク等に使用され、これにより、高周波素子の発展は、現在の潮流であり、そのうちの一種の技術として、化合物半導体エピタキシャル工程がある。
【０００３】
現在、化合物半導体エピタキシャル工程の技術の主なものとして三種類があり、大型電子陽電子(Larbe Electron-Positron,LEP)衝突法、分子ビームエピタキシー法(Molecular Beam Epitaxy,MBE)、及び有機金属化学気相堆積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)がある。
【０００４】
大型電子陽電子(Large Electron-Positron,LEP)衝突法は、比較的伝統的で且つ比較的簡単な方式であり、一般に、発光ダイオード(LED)の成長に用いられる。しかし、ドープ濃度の正確度要求が比較的高いか或いは厚さが比較的薄いエピタキシャル層の成長に対しては、LEP技術は掌握制御が比較的難しい。
【０００５】
分子ビームエピタキシー法(Molecular Beam Epitaxy,MBE)は、物理光学方式生産を採用し、生産技術は比較的成熟しており、歩留りも容易に高められるが、MBE技術のコストは比較的高い。
【０００６】
有機金属化学気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)は、一種の化学変化であり、技術難度は比較的高いが、コストが比較的低く、且つ生産量はMBEより高く、有機金属化学気相成長法を使用して素子サイズが小さく、パワーが大きく、広く携帯電話に応用される、たとえば、疑似格子整合型高電子移動度トランジスタ(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT)、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor,HEMT)、変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)等を製造できる。
【０００７】
一般の変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)構造は、インジウムアルミニウムヒ素バッファ層(InAlAs buffer layer)、インジウムアルミニウムヒ素スペーサ層(InAlAs spacer layer)、インジウムアルミニウムヒ素チャネル層(InAlAs channel layer)、インジウムアルミニウムヒ素ショットキー層(InAlAs schottky layer)、インジウムアルミニウムヒ素キャップ層(InAlAs capping layer)で構成されている。且つこの構造はインジウムリン(InP)或いはガリウムヒ素(GaAs)基板の価格は比較的高く、且つ機械性もまた比較的劣るため、変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)を大型基板上に成長させにくく、そのコストも大幅にアップする。
【０００８】
周知の技術中、Si基板及びIII-Ｖ族半導体の整合上、シリコンゲルマニウム(SixGe1-x)をバッファ層として使用し、Geエピタキシャル層をSi基板上に成長させる。そのうち、勾配付きゲルマニウムで組成されたシリコンゲルマニウムバッファ層の使用が最も広範である。しかし、この技術中に利用されるシリコンゲルマニウムバッファ層の厚さは数十μｍに達し、製造コストが比較的高く、製造される変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)の厚さも比較的厚くなり、且つ貫通転位を発生しやすく後続のガリウム砒素の成長に不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
周知の技術中の、シリコンゲルマニウムバッファ層の厚さが数十ミクロンにも達し得て、製造コストが高くなるのみならず、製造される変成高電子移動度トランジスタの厚さも比較的厚くなり、且つ、貫通転位を発生しやすく、後続のガリウムヒ素の成長に不利であるとの欠点を鑑み、本発明は、一種の、シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造及びその方法を提供し、周知の技術の欠点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ある実施例において、本発明はシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造を開示し、該構造は、
材質がシリコン(Si)である基板と、
ゲルマニウム(Ge)を材料として、該基板上に厚さ1800Å〜2200Åに成長させられたエピタキシャル層と、
該エピタキシャル層の上に成長させられた変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)とされるトランジスタ構造と、
を包含する。
【００１１】
また、別の実施例において、本発明はシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法を開示し、該方法は、
シリコン(Si)を材料とする基板10を提供するステップと、
超高真空化学的気相堆積(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition,UHVCVD)技術を利用して、基板10上に一層の、厚さ1800Å〜2200Åのゲルマニウム(Ge)を基板上にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層を形成するステップと、
有機金属化学気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技術を使用し、トランジスタ構造を、該エピタキシャル層の上に成長させ、そのうち、該トランジスタ構造は、変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)構造とするステップと、
を包含する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明中、ガリウムエピタキシャル層の機能は、シリコン基板に、有機金属化学気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)法を使用して変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)を成長させるときに発生する酸化物がトランジスタ素子構造の特性に影響を与えるのを防止し、その後、変成の構造により、ゲルマニウムエピタキシャル層をシリコン基板上に成長させるときに貫通転位が発生するのを防止し、素子厚さを減らし製造コストを減らす効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造の表示図である。
【図２】本発明のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照されたい。図１は、本発明のシリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させた構造の表示図であり、それは、材質がシリコン(Si)である基板10と、エピタキシャル層11であって、材料はゲルマニウム(Ge)とされ、超高真空化学的気相堆積(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition,UHVCVD)を利用して、基板10上に厚さ1800Å〜2200Å、最も好ましくは厚さ2000Åに成長させられた、上記エピタキシャル層11と、トランジスタ構造12であって、変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)とされ、有機金属化学気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)を利用し、該エピタキシャル層11上に成長させられ、該トランジスタ構造12は、バッファ層120であって、III-Ｖ族化合物、たとえばインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)を材料とする、上記バッファ層120と、チャネル層121であって、該バッファ層120の上に形成され、III-Ｖ族化合物、たとえばインジウムガリウムヒ素(InGaAs)を材料とする、上記チャネル層121と、スペーサ層122であって、該チャネル層121の上に形成され、III-Ｖ族化合物、たとえばインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)を材料とする、上記スペーサ層122と、δ-ドープ層123であって、該スペーサ層122の上に、高濃度n型材料で形成され、チャネル電子を供給する、上記δ-ドープ層123と、ショットキー層124であって、該δ-ドープ層123の上に形成され、III-Ｖ族化合物、たとえばインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)を材料とする、上記ショットキー層124と、被覆層125であって、該ショットキー層124の上に形成され、n+ドープのIII-Ｖ族化合物、たとえばn+-インジウムアルミニウムヒ素(n+-InAlAs)を材料とする、上記被覆層125と、を包含した、上記トランジスタ構造12と、を包含する。
【００１５】
該基板10及び該エピタキシャル層11の材料は、それぞれシリコン(Si)及びゲルマニウム(Ge)とされるため、両者の格子定数の差は非常に大きく(4.2％に達する)、格子不整合(lattice mismatch)であり、これにより、該基板10と該エピタキシャル層11の間に転位(dislocation)及び欠陥(defect)が形成され得るが、該トランジスタ構造12は変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)とされるため、その構造中のバッファ層120が効果的に該エピタキシャル層11の貫通転位を減らし、並びにシリコン基板と変成高電子移動度トランジスタ(MHEMT)構造の整合に成功する。
【００１６】
さらに、図２の、シリコン基板上に高電子移動度トランジスタを成長させる方法のフローチャートを参照されたい。本発明の方法は、以下のステップを包含する。
【００１７】
まず、ステップ20を実行する。ステップ20において、シリコン(Si)を材料とする基板10を提供する。
【００１８】
次に、ステップ21を実行する。ステップ21において、超高真空化学的気相堆積(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition,UHVCVD)を利用して、基板10上に一層の、厚さ1800Å〜2200Åのゲルマニウム(Ge)を材料とするエピタキシャル層11を、該基板10の上に成長させる。該エピタキシャル層11の厚さは、最も好ましくは2000Åとする。
【００１９】
最後に、ステップ22を実行する。ステップ22において、有機金属化学気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技術を使用し、トランジスタ構造12を、該エピタキシャル層11の上に成長させる。そのうち、該トランジスタ構造12は、一種の変成高電子移動度トランジスタ(Metamorphic High Electron Mobility Transistor,MHEMT)構造、たとえば、δ-ドープインジウムガリウムヒ素/GaAs高電子移動度トランジスタとする。
【符号の説明】
【００２０】
10 基板
11 エピタキシャル層
12 トランジスタ構造
120 バッファ層
121 チャネル層
122 スペーサ層
123 δ-ドープ層
124 ショットキー層
125 被覆層
【図１】
2013046058.tif 000003
【図２】
2013046058.tif 000004